- •Методические указания к выполнению и оформлению контрольных работ по физике
- •Порядок выполнения и оформления работ
- •Некоторые справочные данные основные единицы физических величин международной системы си
- •Основные вопросы программы
- •Пример ответа на вопрос программы
- •Порядок выполнения контрольной работы
- •З адачи для контрольной работы
З адачи для контрольной работы
1. Зависимость пройденного телом пути от времени имеет вид
S = 2t - 3t + 4t . Найти зависимость скорости тела от времени и силу, действующую на тело в конце второй секунды после начала движения.
Под действием постоянной силы ЮН тело движется прямолинейно вдоль оси Ох и зависимость его координаты от времени имеет вид х =10 - 5t + 2t. Найти массу тела.
Тело массой m = 2 кг движется с ускорением, изменяющимся по закону а = 5t - 10. Определить силу, действующую на тело через 5 с после начала движения и его скорость в конце пятой секунды.
Скорость материальной точки описывается уравнением vx = 0,2 -- 0,It. Найти координату точки в момент времени t = 10 с, если в начальный момент времени она находилась в точке хо = 1. Построить графики зависимостей x(t), vx(t) и ax(t).
Движение материальной точки задано уравнениями х = 4t + 2; у = = 6t - 3; z = 0. Найти модули скорости и ускорения точки в конце 3-й секунды после начала движения.
6. Материальная точка движется в пространстве согласно уравнениям х = 2 - 4t ; у = 3t; z = 3t + 4t . Найти модули радиус-вектора точки, векторов скорости и ускорения точки в момент времени t = 2 с.
Уравнение движения материальной точки х = 4t - 2t + 2. В какой момент времени направление движения точки изменится на противоположное? Построить графики зависимостей x(t), vx(t) и ax(t).
Движение материальной точки задано уравнениями: х = 8t + 4; у = = 6t - 3; z = 0. Определить модули скорости и ускорения точки в момент времени t = 10 с.
Тело движется по закону х = 10t-20r. Масса тела 5 кг. Найти силу, действующую на тело. Построить графики зависимостей x(t), vx(t), ax(t).
Точка движется по прямой согласно уравнению х = At + Bt, где А = 6 м/с, В = - 0,125 м/с . Определить скорость и ускорение точки в моменты времени ti = 2 с и t2 = 6 с. Построить графики x(t), vx(t-), ax(t).
Велосипедное колесо вращается с частотой 5 об/с. Под действием сил трения оно остановилось за 1 мин. Определить угловое ускорение колеса и число оборотов, которое сделало колесо до остановки.
12. Материальная точка движется по окружности радиуса R = 20 см равноускоренно с тангенциальным ускорением at = 5 см/с. Через какое вре- мя после начала движения нормальное ускорение точки будет больше тангенциального в два раза?
13. Вентилятор вращается с частотой 900 об/мин. После выключения вентилятор, вращаясь равнозамедленно, сделал до остановки оборотов. Сколько времени прошло с момента выключения вентилятора до полной остановки?
Маховое колесо спустя t = 1 мин после начала вращения приобретает скорость, соответствующую п = 720 об/мин. Найти угловое ускорение колеса и число оборотов колеса за эту минуту. Движение считать равноускоренным.
Определить полное ускорение а в момент времени t = 3 с точки, находящейся на ободе колеса радиусом Н = 0,5 м, которое вращается согласно уравнению (p(t) = At + Bt3, где А = 2 рад/с, В = 0,2 рад/с3.
Материальная точка массой 1 г движется по окружности радиуса 2 м согласно уравнению S = 8t - 0,2t3. Найти угловую и линейную скорость точки, тангенциальное, нормальное и полное ускорение точки в момент времени t = 2 с.
Тело вращается равноускоренно с начальной угловой скоростью 5 рад/с и угловым ускорением 1 рад/с . Сколько оборотов сделает тело за Юс?
Точка движется по окружности радиусом R = 20 см с постоянным тангенциальным ускорением at = 5 см/с . Через сколько времени после начала движения нормальное ускорение ап точки будет равно тангенциальному?
Точка движется по окружности радиусом R = 8 м. В некоторый момент времени нормальное ускорение точки а„ =4 м/с , а вектор полного ускорения - а образует с вектором нормального ускорения ап угол 60°. Найти скорость v и тангенциальное ускорение at точки в этот момент.
Материальная точка движется по окружности радиусом 0,5 м. Ее тангенциальное ускорение равно 10 м/с . Чему равны нормальное и полное ускорения точки в конце третьей секунды после начала движения? Найти угол между векторами полного и нормального ускорения в этот момент.
В центре горизонтальной платформы, вращающейся с угловой скоростью ю = 6 рад/с, стоит человек. С какой скоростью будет вращаться платформа, если человек перейдет на ее край? Масса платформы М = = 120 кг, масса человека m = 80 кг, радиус платформы R = 1 м. Платформу считать однородным диском.
Горизонтальная платформа массой ш] = 120 кг вращается с частотой п = 6 об/мин. Человек массой т2 = 80 кг стоит на краю платформы. С какой частотой начнет вращаться платформа, если человек перейдет в ее центр?
Шарик массой m = 60 г, привязанный к концу нити длиной Li = = 1,2 м, вращается с частотой ni = 2 об/с, опираясь на горизонтальную плоскость. Нить укорачивается, приближая шарик к оси вращения до расстояния L2 = 0,6 м. С какой частотой п2 будет вращаться шарик после этого?
На краю платформы в виде диска, вращающегося по инерции вокруг вертикальной оси с частотой щ = 8 об/мин, стоит человек массой nii = = 70 кг. Когда человек перешел в центр платформы, она стала вращаться с частотой п2 = 10 об/мин. Определить массу платформы. Момент инерции человека рассчитывать как для материальной точки.
25. Платформа в виде диска диаметром D = 3 м и массой mi = 180 кг может вращаться вокруг вертикальной оси. С какой угловой скоростью бу- дет вращаться эта платформа, если по ее краю пойдет человек массой ш2 = = 70 кг со скоростью v = 1,8 м/с относительно платформы?
Однородный стержень длиной L = 1 м и массой М = 0,7 кг подвешен на горизонтальной оси, проходящей через верхний конец стержня. В точку, отстоящую от оси на 2L/3 абсолютно неупруго ударяет пуля массой m = 5 г, летящая перпендикулярно стержню и оси со скоростью 200 м/с. Определить угловую скорость, с которой начнет вращаться стержень.
Человек, стоящий на скамье Жуковского, вращается вместе с ней с угловой скоростью ю = 2 рад/с. Затем он ловит мяч массой т = 0,5 кг, летящий в горизонтальном направлении на расстоянии R = 1 м от оси вращения со скоростью v = 20 м/с. Суммарный момент инерции человека и скамьи J = = 10 кг • м . С какой угловой скоростью будет вращаться человек со скамьей, если пойманный мяч ускорит их вращение?
Платформа, имеющая форму диска, может вращаться около вертикальной оси. На краю платформы стоит человек. На какой угол повернется платформа, если человек пойдет вдоль края платформы и, обойдя ее, вернется в исходную (на платформе) точку? Масса платформы mi = 280 кг, масса человека т2 = 80 кг. Момент инерции человека рассчитывать как для материальной точки.
Человек, стоящий на расстоянии 2 м от оси горизонтальной круглой платформы, ловит мяч, летящий на него со скоростью 10 м/с. Траектория мяча горизонтальна и проходит на расстоянии 2 м от оси платформы. Масса мяча 5 кг. Момент инерции платформы с человеком 500 кг • м . Определить, с какой угловой скоростью начнет вращаться платформа.
На скамье Жуковского стоит человек и держит в руках тонкий стержень, расположенный вертикально по оси вращения. Скамья с человеком вращается с частотой 8 об/мин. С какой частотой будет вращаться скамья с человеком, если повернуть стержень так, чтобы он принял горизонтальное положение? Суммарный момент инерции человека и скамьи равен 2 кг • м , длина стержня 2 м, масса 4 кг. Центр масс стержня постоянно находится на оси вращения.
31. Определить молярную массу двухатомного газа и его удельные теплоемкости при постоянном давлении и постоянном объеме, если известно что разность удельных теплоемкостей этого газа равна 260 Дж/(кг • К).
Найти удельные ср и cv, а также молярные Ср и Cv теплоемкости углекислого газа.
В сосуде вместимостью 6 л находится при нормальных условиях двухатомный газ. Определить теплоемкость этого газа при постоянном объеме.
Определить молярную массу газа, если разность его удельных теплоемкостей равна 2,08 кДж/(кг • К).
Определить молярные теплоемкости газа, если его удельные теплоемкости cv = 10,4 кДж/(кг - К) и ср = 14,6 кДж/(кг • К).
Найти удельные и молярные теплоемкости азота при постоянном объеме и постоянном давлении.
Найти удельные и молярные теплоемкости гелия при постоянном объеме и постоянном давлении.
Вычислить удельные теплоемкости газа, зная, что его молярная масса М= 0,004 кг/моль и отношение теплоемкостей Cp/Cv = 1,67.
Трехатомный газ под давлением 240 кПа при температуре 293 К занимает объем 10 л. Определить теплоемкость Ср этого газа при постоянном давлении.
Одноатомный газ при нормальных условиях занимает объем 5 л. Вычислить теплоемкость Cv этого газа при постоянном объеме.
Найти работу и изменение внутренней энергии при адиабатном расширении воздуха, если его объем увеличился в 10 раз. Начальная температура 15 °С, масса m = 0,28 кг.
Кислород массой 2 кг занимает объем 1 м и находится под давлением 0,2 МПа. Газ был нагрет сначала при постоянном давлении до объема 3 м , а затем при постоянном объеме до давления 0,5 МПа. Найти изменение внутренней энергии газа, совершенную им работу и количество теплоты, переданной газу. Построить график процесса.
Кислород при неизменном давлении 80 кПа нагревается. Его объем увеличивается от 1 mj до 3 м\ Определить изменение внутренней энергии, работу, а также теплоту, сообщенную газу.
Азот массой 5 кг был изобарно нагрет на 150 К. Найти количество теплоты, сообщенное газу, изменение внутренней энергии, совершенную газом работу.
Кислород массой 200 г занимает объем 100 л и находится под давлением 200 кПа. При нагревании газ изобарно расширяется до объема 300 л, а затем его давление возрастает до 500 кПа при постоянном объеме. Найти изменение внутренней анергии газа, совершенную им работу и количество теплоты, переданной газу. Построить график процесса.
Объем водорода при изотермическом расширении (Т = 300 К) увеличился в 3 раза. Определить работу, совершенную газом, и полученное им количество теплоты. Масса водорода равна 200 г.
Водород массой 40 г, имевший температуру 300 К, адиабатно расширяется, увеличив объем в 3 раза. Затем при изотермическом сжатии объем газа уменьшился в два раза. Определить полную работу, совершенную газом и конечную температуру газа.
48. Определить, какое количество теплоты необходимо сообщить углекислому газу массой 220 г, чтобы нагреть его на 20 К: а) при постоянном объеме, б) при постоянном давлении?
Определить количество теплоты, поглощаемой водородом массой 0,2 кг при нагревании его от 0 °С до 100 °С при постоянном давлении. Найти также изменение внутренней энергии газа и совершаемую им работу.
Во сколько раз увеличится объем водорода, содержащий количество вещества 0,4 моль, при изотермическом расширении, если при этом газ получил 2 кДж теплоты? Т = 300 К.
51. Напряженность электрического поля у поверхности Земли равна приблизительно 130 В/м. Определить величину заряда Земли, допустив, что Земля имеет форму шара радиусом 6400 км.
D
Определить работу сил поля, созданного двумя точечными зарядами, при перенесении заряда q = 10~9 Кл из точки С в точку Д, если а = 6см, qi = 4 ■ 10~9toi, q2 = -2 • 10"9 Кл.
Две наэлектризованные пластины образовали однородное поле с напряженностью 25 000 В/м. Каково напряжение на пластинах, если расстояние между ними 4 см?
Электрическое поле в глицерине (а = 39) образовано точечным зарядом, равным 0,9 • 10~8 Кл. Какова разность потенциалов двух точек, удаленных от заряда на 3 см и 12 см?
Сто маленьких одинаковых капель, заряженных до потенциала 3 В каждая, при слиянии образовали одну большую каплю. Каков ее потенциал?
Радиус орбиты электрона в атоме водорода 5 • 10~9 см. Определить потенциал поля, создаваемого в точках орбиты электрона.
На расстоянии 0,9 м от поверхности шара радиусом 10 см, несущего заряд с поверхностной плотностью a = 3 • 10 5 Кл/м , находится точечный заряд q = 7 • 10~9Кл. Определить работу, которую необходимо произвести, чтобы перенести заряд q в точку, расположенную на расстоянии 50 см от центра шара. Окружающая среда - воздух.
В точке 1 на расстоянии £\ = 1,4 м от поверхности шара радиусом R = 20 см, несущего заряд с поверхностной плотностью а = 3 • 10 Кл/м , находится точечный заряд q = 2 • 10"6 Кл. Определить работу, которая совершается при перенесении этого заряда в воздухе в точку 2 на расстоянии £ 2 = 40 см от центра шара.
Несколько маленьких капель ртути радиусом г и с зарядом е каждая сливаются в одну большую каплю. Найти потенциал последней и плотность заряда на ее поверхности, если в воздухе находится п капель ртути.
Электрическое поле образовано точечным зарядом 4-10 Кл, помещенным в трансформаторное масло. Каковы напряженность и потенциал в точке, удаленной от заряда на 20 см? Относительную диэлектрическую проницаемость среды принять равной 2,5.
Два одинаковых плоских воздушных конденсатора емкостью С = = 100 пФ каждый соединены в батарею последовательно. Определить, на сколько изменится емкость батареи, если пространство между пластинами одного из конденсаторов заполнить парафином.
Два конденсатора емкостями Q = 2 мкФ и С2 = 5 мкФ заряжены до напряжений U i = 100 В и U2 = 150В соответственно. Определить напряжение на обкладках конденсаторов после их соединения обкладками, имеющими разноименные заряды.
На пластинах плоского конденсатора находится заряд Q = = 10 нКл. Площадь S каждой пластины конденсатора равна 100 см , диэлектрик - воздух. Определить силу F, с которой притягиваются пластины. Поле между пластинами считать однородным.
Расстояние между пластинами плоского конденсатора d = 2 мм, разность потенциалов U = 600 В. Заряд Q = 40 нКл . Определить энергию W поля конденсатора и силу F взаимного притяжения пластин.
К батарее с э.д.с. Е = 300 В подключены два плоских конденсатора емкостями Ci = 2 пФ и С2 = 3 пФ. Определить заряд и напряжение на пластинах конденсаторов при последовательном и параллельном соединении.
Два конденсатора емкостью Ci = 5 мкФ и С2 = 8мкФ соединены последовательно и присоединены к батареи с э. д. с. Е = 80 В. Определить заряды Qi и Q2 конденсаторов и разности потенциалов Ui и U2 между их обкладками.
Конденсаторы емкостью d = 5 мкФ и С2 = 10 мкФ заряжены до напряжений Ui = 60Bh U2 = 100 В соответственно. Определить напряжение на обкладках конденсаторов после их соединения обкладками, имеющими одноименные заряды.
Два одинаковых плоских воздушных конденсатора соединены последовательно в батарею, которая подключена к источнику с э.д.с. Е = 12 В. Определить, на сколько изменится напряжение на одном из конденсаторов, если другой погрузить в трансформаторное масло.
Воздушный конденсатор, заряженный до разности потенциалов U о = 800 В, соединяется параллельно с одинаковым по размерам незаряженным конденсатором, заполненным диэлектриком. Какова диэлектрическая проницаемость диэлектрика, если после соединения разность потенциалов U = ЮОВ ?
Плоский конденсатор с площадью пластин S = 200 см каждая заряжена до разности потенциалов U — 2 кВ. Расстояние между пластинами d = 2 см. Диэлектрик - стекло. Определить энергию W поля конденсатора и плотность w энергии поля.
В однородном магнитном поле с индукцией 0,25 Тл находится плоская катушка с радиусом 25 см, в которой 75 витков. Плоскость катушки составляет угол в 60 ° с направлением магнитных силовых линий. Определить вращающий момент, действующий на катушку в магнитном поле, если по ее виткам течет ток 8 А. Какую работу нужно произвести, чтобы удалить эту катушку из магнитного поля?
Какую работу совершает однородное магнитное поле с индукцией 1,5 Тл при перемещении проводника длиной 0,2 м, по которому течет ток в 10 А, на расстоянии 0,25 м, если направление перемещения перпендикулярно к направлению поля и направлению тока. Проводник расположен под углом 30 0 к направлению поля.
В однородном магнитном поле, индукция которого В = 0,6 Тл, движется равномерно проводник длиной £ = 20 см. По проводнику течет ток силой J = 4 А. Скорость движения проводника v = 20 см/с, она направлена перпендикулярно к магнитному полю. Найти работу перемещения проводника за 10 с движения.
По проводнику, согнутому в виде квадрата со стороной а = 10 см, течет ток J = 20 А. Плоскость квадрата перпендикулярная силовым линиям поля. Определить работу, которую необходимо совершить для того, чтобы удалить проводник за пределы поля. Индукция поля В = 0,1 Тл. Поле считать однородным.
По двум бесконечно длинным параллельным проводникам, расстояние между которыми L, в одном направлении текут токи Ji и J2. Определить индукцию магнитного поля в точке С, лежащей на продолжении прямой, соединяющей проводники и отстоящей на расстоянии d от второго проводника. Считать, что оба проводника расположены в воздухе.
Два параллельных бесконечно длинных провода, по которым текут в одном направлении токи силой J = 60 А , расположены на расстоянии d = 10 см друг от друга. Определить индукцию магнитного поля в т. А, отстоящей от одного проводника на расстоянии 1= 5 см и от другого - на расстоянии 12 = 12 см. (Указание: для нахождения численного значения суммарной индукции воспользоваться теоремой косинусов.)
Ток силой J, протекая по проволочному кольцу из медной проволоки сечением S, создает в центре кольца индукцию магнитного поля, равную В. Какова разность потенциалов между концами проволоки, образующей кольцо?
Проводник с током в 5 А помещен в магнитное поле с индукцией 10 Тл. Угол между направлениями тока и поля 60 °. Определить длину проводника, если поле действует на него с силой 20 Н.
На прямолинейный проводник с током в 14,5 А в однородном магнитном поле с индукцией 0,34 Тл действует сила 1,65 Н. Определить длину проводника, если он расположен под углом 38° к силовым линиям.
Найти индукцию магнитного поля в центре кругового тока с радиусом 6,4 см, если сила тока равна 12,4 А.
На установке для наблюдения колец Ньютона был измерен в отраженном свете радиус третьего темного кольца (к — 3). Когда пространство между плоскопараллельной пластиной и линзой заполнили жидкостью, то тот же радиус стало иметь кольцо с номером, на единицу большим. Определить показатель преломления п жидкости.
Две плоскопараллельные стеклянные пластинки образуют клин с углом 9 = 30°. Пространство между пластинками заполнено глицерином. На клин нормально к его поверхности падает пучок монохроматического света с длиной волны X = 500 нм. В отраженном свете наблюдается интерференционная картина. Какое число N темных интерференционных полос приходится на 1 см длины клина?
Плосковыпуклая линза с оптической силой Ф = 2 Дптр выпуклой стороной лежит на стеклянной пластинке. Радиус г4 четвертого темного кольца Ньютона в проходящем свете равен 0,7 мм. Определить длину световой волны.
Поверхности стеклянного клина образуют между собой угол 0 = 0,2'. На клин нормально к его поверхности падает пучок лучей монохроматического света с длиной волны X = 0,55 мкм. Определить ширину b интерференционной полосы.
Плоская световая волна (X = 0,5 мкм) падает нормально на диафрагму с круглым отверстием диаметром d = 1 см. На каком расстоянии b от отверстия должна находиться точка наблюдения, чтобы отверстие открывало: 1) одну зону Френеля, 2) две зоны Френеля?
Точечный источник света с длиной волны X = 0,50 мкм расположен на расстоянии а = 100 см перед диафрагмой с круглым отверстием радиуса г = 1,5 мм. Найти расстояние b от диафрагмы до точки наблюдения, для которой число зон Френеля в отверстии составляет к = 3.
Между точечным источником света и экраном поместили диафрагму с круглым отверстием, радиус которого г можно менять. Расстояние от диафрагмы до источника и экрана равны а = 100 см и b = 125 см. Определить длину волны света, если максимум освещенности в центре дифракционной картины на экране наблюдается при ri = 1,00 мм и следующий максимум - при г2 = 1,29 мм.
Плоская световая волна X = 1,20 мм с интенсивностью 1о падает нормально на круглое отверстие радиуса R = 1,20 мм. Найти интенсивность
в центре дифракционной картины на экране, отстоящем на b = 1,50 м от отверстия.
Плоская световая волна (к = 0,7 мкм) падает нормально на диафрагму с круглым отверстием радиусом г = 1,4 мм. Определить расстояния Ь/ b2, Ь3 от диафрагмы до трех наиболее удаленных от нее точек, в которых наблюдаются минимумы интенсивности.
Плоская световая волна длины X и интенсивности 10 падает нормально на большую стеклянную пластинку, противоположная сторона которой представляет собой непрозрачный экран с круглым отверстием, равным первой зоне Френеля для точки наблюдения Р. В середине отверстия сделана круглая выемка, равная половине зоны Френеля. При какой глубине h этой выемки интенсивность света в точке Р будет максимальной? Чему она равна?
Угол а между плоскостями пропускания поляризатора и анализатора равен 45°. Во сколько раз уменьшится интенсивность света, выходящего из анализатора, если угол увеличить до 60°?
На пути частично поляризованного света, степень поляризации Р которого равна 0.6, поставили анализатор так, что интенсивность света, прошедшего через него, стала максимальной. Во сколько раз уменьшится интенсивность света, если плоскость пропускания анализатора повернуть на угол а = 30°?
Угол ф поворота плоскости поляризации желтого света 5893 А при прохождении через трубку с раствором сахара равен 40°. Длина трубки d= 15 см. Удельное вращение [а] сахара равно 1,17 -102 • рад м3/(м-кг). Определить плотность р раствора.
На систему, состоящую из двух поляроидов, у которых угол между оптическими осями составляет 45°, падает естественный свет. Во сколько раз уменьшится интенсивность светового пучка? Потери света в каждом поляроиде составляют 10 %. Потерями на отражение света пренебречь.
Если между двумя скрещенными поляроидами поместить третий, оптическая ось которого составляет угол а с оптической осью анализатора, то поле зрения просветлеет. Найти интенсивность прошедшего света. Потерями света на отражение и поглощение пренебречь. При каком угле а просветление максимальное?
Раствор глюкозы с массовой концентрацией Ci = 280 кг/м , содержащийся в стеклянной трубке, поворачивает плоскость поляризации монохроматического света, проходящего через этот раствор, на угол (pi = 32°. Определить массовую концентрацию С2 глюкозы в другом растворе, налитом в трубку такой же длины, если он поворачивает плоскость поляризации на угол ф2 = 24°.
Определить толщину пластинки из кальцита, которая в желтом свете с длиной волны 5893 А создаст сдвиг фаз между обыкновенным и не-обыкновенным лучами, равный л/2 (пластинка в четверть волны). Какой сдвиг фаз возникнет при этом в фиолетовом свете (4062 А), проходящем через эту же пластинку?
Чтобы скомпенсировать сдвиг фаз, вызванный четвертьволновой пластинкой из кальцита, на пути светового пучка поставили четвертьволновую пластинку из кварца. Сопоставить толщины пластин. Опыт проводится в зеленом участке спектра (5460 А).
Раствор глюкозы с концентрацией 2,8 • 10 кт/м\ налитый в стеклянную трубку, поворачивает плоскость поляризации света, проходящего через раствор, на угол 64°. Другой раствор, налитый в эту же трубку, вращает плоскость поляризации на 48°. Найти концентрацию второго раствора.
При падении естественного света на некоторый поляризатор проходит П] = 30 % светового потока, а через два таких поляризатора - п2 = = 13,5 %.
Найти угол между плоскостями пропускания этих поляризаторов.